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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）学院： 车辆与动力工程学院 2013 年 4 月 10 日课题名称大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计）学生姓名专业班级车辆094班课题类型论文指导教师职称高工课题来源生产1. 悬架设计（或研究）的依据与意义中国大学生方程式汽车大赛是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事，这项比赛包括工艺、环保、动力系统、现场操作系统、动态测试和静态测试等多个项目，评比的是学生的设计理念、工艺水平、成本控制能力和营销方案，以及把赛车制造成产品的过程。悬架是现代汽车上的重要总成之一，是车
2、架（或承载式车身）与轿车（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称，主要由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块和横向稳定器等组成。其主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力2。悬架及转向系对对汽车前、后轮侧偏角的影响，与汽车沿曲线行驶时发生的车厢侧倾有关，因此，为了更准确的分析汽车响应，必须进一步考虑悬架、转向及传动系统对前、后轮侧偏角的影响。汽车的独立悬架设计直接影响到汽车的使用性能, 特别是操纵稳定
3、性及轮胎的使用寿命，合理选择悬架结构形式和几何尺寸参数对获得满意的汽车使用性能是非常重要的。悬架是现代汽车的重要组成部分，双横臂独立悬架是现代汽车常用的结构形式，特别是在赛车上得到了广泛的应用，其设计好坏对操纵稳定性、平顺性和安全性有着重要的影响。操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度, 而且也是决定汽车高速安全行驶的一个主要性能。悬架运动学特性是一些悬架结构参数随车轮跳动的变化规律, 与悬架的导向机构有关. 这些参数的变化会使车轮的地面附着情况及滚动趋向发生变化, 进而影响车辆的动力性、制动性和操纵稳定性等性能, 因此希望这些参数的变化尽可能地小，如果这些参数的变化度较大， 则应当讨论变
4、化的方向或走向。2. 方程式赛车国内外发展状况Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。中国FSAE项目起步较晚，目前国内有河南科技大学、湖南大学、上海交通大学、同济大学、厦门理工已拥有车队和的车辆，吉林大学、北京理工大学、清华大学和天津大学等拟筹建。
5、其中湖南大学于2007年6月和2008年6月，交通大学于今年6月分别参加了美国加利福尼亚站比赛。同济大学与厦门理工于2008年完成赛车的试制，同济大学已报名参加2009年的比赛。目前最新研究发现，悬架的运动学性能直接影响操纵稳定性等汽车使用性能，利用Adams 多体动力学软件建立双横臂独立悬架的多刚体模型，通过对模型中车轮施加运动约束从而对其进行运动学性能的仿真分析，从而获得该车轮定位角的变化，将设计要求和分析结果对比可以得出此悬架结构设计的合理性及需性能改进的地方。通过在计算机上进行悬架运动的仿真，从而有效地避免了生产安装后发生运动干涉等问题。在赛车设计过程中，轻量化也是一个很重要的目标，为
6、了达到整车的轻量化，可以考虑各子系统的结构的轻量化与材料的轻量化，但是，轻量化也不能够毫无分寸的轻量化，在达到轻量化的同时，结构的强度也是必须要保证的。解决这个问题，可以通过运用有限元分析软件，进行虚拟仿真，预测结构是否合理。然而划分网格是建立有限元模型的一个重要环节, 它要求考虑的问题较多, 需要的工作量较大, 所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。运用多体运动学和动力学仿真软件ADAMS 中的CAR 模块，建立双横臂式前悬架的多刚体模型，对其前悬架的各种性能进行仿真分析，研究了悬架的几何参数对汽车操纵稳定性和平顺性的影响，揭示了该悬架的运动规律,为制造提供依据。由于该赛事除了
7、考核赛车的动力性，也对赛车的操控性及设计方法同等重视，因此在赛车的结构上的设计及优化就需要相当细腻的处理。而悬架系统作为赛车的“四肢”，直接影响赛车的操控性及平顺性，甚至赛车在赛道上的行驶姿态，因此，其优化设计的重要性更加不可忽视。 目前经过比较，发现采用双横臂式悬架且上下横臂均采用叉臂，构成三角形具有很强的稳定性。横向力由两个叉臂同时吸收，因此横向刚度大，抗侧倾性能优异。这使得支柱减震器不再承受横向作用力，而只应对车轮的上下抖动，因此在弯道上具有较好的方向稳定性。因此采用不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。 3. 课题设计（或研究）的内容根据大学生方程式赛车的比赛规则及大学生方程式赛车设计具体参
8、数要求，进行悬架结构形式和主要参数的确定；悬架部件设计计算，绘制前，后装配图及零件图。运用所学的设计、结构、理论等专业和基础知识，通过查找相关资料，熟悉了解现有车型结构，结合自己的构思，设计出符合题目要求的赛车及其零部件，达到提高毕业生综合能力的目的。论文要求20000字左右，绘制工程图一张（A0）；中文摘要300-500字。附英文摘要，计算机打印；外文翻译10000字符以上；查询资料20篇以上，附资料名称。4. 设计（或研究）方法1) 调研、搜集、分析赛车相关资料，并参观我校两代赛车，测量记载所有数据，与指导老师交流，确立总体设计目标，确定方案并进行论证；2) 参照大赛规则、机械设计手册及往
9、届比赛车型参数，初选赛车目标参数（发动机、轮胎、最大传动比及最小传动比）；3) 进行总体设计的方案分析论证，完成主要设计参数（尺寸参数、质量参数、性能参数）、悬架系统、转向系统、制动系统、传动系统、电器系统及车架的设计计算；4) 校核零件使其满足使用要求，分析赛车动力性及燃油经济性；5) 总体布置，完成装配图、零件图及说明书。5. 实施计划第 5 周 查阅文献、收集资料、初定设计方案；第 78 周 设计方案分析与计算、绘制草图；第 910 周 绘制装配图；第 1114 周 绘制零件图；第 15 周 撰写设计说明书；第 1617 周 互审评阅、答辩。指导教师意见：指导教师签字： 年 月 日教研室意见：教研室主任签字： 年 月 日
